Forskare vid EPFL har skapat en metallisk mikroenhet där de kan definiera och ställa in mönster för supraledning. Deras upptäckt, som har ett stort löfte för framtidens kvantteknologier, har precis publicerats i Vetenskap .

I supraledare, elektroner färdas utan motstånd. Detta fenomen inträffar för närvarande endast vid mycket låga temperaturer. Det finns många praktiska tillämpningar, såsom magnetisk resonanstomografi (MRT). Framtida teknologier, dock, kommer att utnyttja den totala synkroniseringen av elektroniskt beteende i supraledare - en egenskap som kallas fasen. Det pågår för närvarande ett lopp för att bygga världens första kvantdator, som kommer att använda faser för att utföra beräkningar. Konventionella supraledare är mycket robusta och svåra att påverka, och utmaningen är att hitta nya material där det supraledande tillståndet lätt kan manipuleras i en enhet.

EPFL:s Laboratory of Quantum Materials (QMAT), ledd av Philip Moll, har arbetat med en specifik grupp av okonventionella supraledare som kallas tunga fermionmaterial. QMAT-forskarna, som en del av ett brett internationellt samarbete mellan EPFL, Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids, Los Alamos National Laboratory och Cornell University, gjorde en överraskande upptäckt om ett av dessa material, CeIrIn ₅ .

CeIrIn ₅ är en metall som är supraledande vid en mycket låg temperatur, endast 0,4°C över absoluta nollpunkten (cirka -273°C). QMAT-forskarna, tillsammans med Katja C. Nowack från Cornell University, har nu visat att detta material kan framställas med supraledande regioner samexisterande tillsammans med regioner i ett normalt metalliskt tillstånd. Ännu bättre, de tog fram en modell som gör det möjligt för forskare att designa komplexa ledningsmönster och, genom att variera temperaturen, att distribuera dem inom materialet på ett mycket kontrollerat sätt. Deras forskning har just publicerats i Vetenskap .

För att uppnå denna bedrift, forskarna skivade mycket tunna lager av CeIrIn ₅ —bara runt en tusendels millimeter tjocka — att de sammanfogades med ett safirsubstrat. När den svalnat, materialet drar ihop sig väsentligt medan safiren drar ihop sig mycket lite. Den resulterande interaktionen sätter stress på materialet, som om den drogs åt alla håll, vilket förvränger atombindningarna i skivan något. Som supraledning i CeIrIn ₅ är ovanligt känslig för materialets exakta atomkonfiguration, Att konstruera ett distorsionsmönster är allt som krävs för att uppnå ett komplext mönster av supraledning. Detta nya tillvägagångssätt tillåter forskare att "rita" supraledande kretsar på en enda kristallstav, ett steg som banar väg för ny kvantteknologi.

Denna upptäckt representerar ett stort steg framåt för att kontrollera supraledning i tunga fermionmaterial. Men det är inte slutet på historien. Efter detta projekt, en post-doc forskare har precis börjat utforska möjliga tekniska tillämpningar.

"Vi kunde, till exempel, ändra regionerna för supraledning genom att modifiera materialets distorsion med hjälp av en mikroaktuator, " säger Moll. "Förmågan att isolera och koppla ihop supraledande regioner på ett chip kan också skapa en sorts switch för framtida kvantteknologier, lite som de transistorer som används i dagens datorer."